高墩柱外爬架施工工艺研究

温海峰

摘要：高墩柱施工传统工艺为翻模法，不仅安全性差，而且不利于墩身养护及拉杆孔的处理；本文设计了一种新的施工工艺，外爬架施工，不仅克服了传统工艺的缺点，而且施工速度较快，施工费用较低。

Abstract： The traditional technique of high pier construction is the overturning method， which is not only poor in safety but also unfavorable to the pier body curing and the treatment of drawbar holes. This paper has designed a new construction technique： outer climbing frame construction. This technique not only overcomes the disadvantages of traditional craftsmanship， but also its construction speed is faster and construction costs are lower.

关键词：外爬架；墩柱；施工；工艺；翻模

Key words： outer climbing frame；pier column；construction；process；overturning

中图分类号：U445.55+9 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）18-0129-04

0 引言

汕（头）湛（江）高速公路云浮至湛江段及支线工程项目（下简称“云湛项目”）是广东省高速公路网规划的“二横”线的一段，是珠三角通往粤西地区、西南地区以及大陆连接海南岛的干线通道。其中10标、11标地处山区，桥梁墩柱较高，采用传统的施工工艺，质量和安全均难以保证，是云湛高速阳化段重难点工程，本文在传统工艺翻模法的基础上进行改进，不仅提升了高墩柱施工的安全性，而且也极大地改善了提升了墩柱混凝土外观质量。

1 传统高墩柱施工工艺的缺点

传统高墩施工模板系统普遍采用翻模法，操作平台附于模板，施工操作空间受限大，钢筋绑扎及模板安装、拆除安全风险大，易发生安全事故；翻模过程中发生的墩柱混凝土修补及大量拉杆孔处理难度极大，且混凝土养生系统难以保证持续养生；塔吊使用频率高，易发生机械事故和物体打击事故。

2 外爬架施工工艺

墩身外应在塔吊及安全爬梯的配合下安装一套整体式外爬架，要求其和模板之间预留一定间距，外爬架对模板安装和砼浇筑施工来说，是重要的施工平台，同时对墩身施工来说，它还是重要的全封闭安全防护装置。

2.1 外爬架组成

完整的外爬系统组成主要包括三个部分，即支承系统、底座、脚手架。

2.1.1 支承系统

外爬架的支承系統共由4根直径为80mm钢棒组成，插入墩身预埋孔内，钢棒两端设限位装置（螺母），使其与墩身锁定，钢棒长1.1m，每次浇筑砼均须在基模0.5m以下设置预留孔；钢棒需定期进行探伤检查，发现损伤须立即更换，以保证支撑钢棒的安全性能。

2.1.2 底座

外爬架底座横桥向每边采用2根I36b工字钢，纵桥向2根I22工字钢，均与墩身净距为10cm，构成“井”字框架，然后上部依次顺桥向4根I22工字钢及横桥向4根I22工字钢，组成外爬架底座，外爬架底座支承在钢棒上用以支承上部脚手架系统。应在外爬架底支承点的下面安装吊篮，如此便于安装和拆除钢棒。此外，通过在底层工字钢面上密铺3cm厚木板，可将其作为操作平台。

2.1.3 脚手架系统

采用通用？准4.8cm，壁厚3.5mm的钢管通过扣件联结成脚手架系统。由于墩身每次浇筑高度为4m，基模预留2m；外爬架高度为10m，分5层加工，底层高1.8m，中间3层各高2m，最上层高2.2m，每层操作平台均铺设木板；分层框架之间设上下人梯。框架外侧用同规格钢管拉剪刀撑进行加固，框架外侧及底座下设防坠安全网，框架4面贯通，为施工人员提供一个整体式操作空间。考虑到墩身模板拆除因素，设计时在内层脚手框架与墩身间预留80cm距离，并采用防坠网兜底。

2.2 外爬架拼装

完成墩身第一模砼浇筑后，需开始安装外爬架。综合分析各项因素发现，在转运或者吊装过程中面临一些问题，为解决该问题，可考虑直接为外爬架底座及脚手架系统组装。首先在承台上用辅助钢材调平一个操作台，然后在操作台上拼装外爬架底座，3组底座型钢间采用法兰栓接或焊接。顺桥向底座型钢上两侧的4根I22工字钢和横桥向底座两侧的4根I22的工字钢作为脚手框架的主要支撑横梁，工字钢支承处采用焊接，然后再分层拼装钢管脚手架系统。钢管脚手架的拼装顺序：立杆→纵横杆→水平小横杆→外侧钢管加固；采用十字扣作为立、纵水平杆钢管的连接件，连接时要采用测力扳手拧紧，要求扣件的抗滑力达8.5kN。

2.3 外爬架提升

墩身第二模砼浇筑完毕后，首次提升外爬架。外爬架自重约10吨，共设4个提升吊点，吊点设在底座型钢上，提升动力采用4个5吨的手拉葫芦，手拉葫芦下方通过钢丝绳与外爬架的底座吊点连接，上方分别通过四根Φ28钢筋横向卡在墩身预埋钢筋根部。为避免出现外爬架异常问题，应在其上端采用4个1.5吨的手拉葫芦，其作用是平衡调节。同时在底座的4根工字钢顶面上安装6个导向防偏滑轮。为保证均匀、匀速提升葫芦受力，应安排专人负责看管外爬架的提升。外爬架在接近支承钢棒位置时应适当放慢上升速度，当外爬架上升到位后，稳住外爬架，然后安装支承钢棒，轻轻放下外爬架，使其平稳地支承在钢棒上，然后在外爬架的水平层与模板之间设水平横杆临时约束固定外爬架。

3 外爬架的计算

3.1 外爬架的验算参数

①对受荷载最大的钢管进行验算；

②横桥向工字钢受力验算；

③顺桥向工字钢受力验算；

④钢棒受力验算；

⑤钢棒处混凝土压应力验算。

3.2 外爬架算例分析（以TJ11标黄垌河特大桥外爬架验算为例）

黄垌河大桥7#～14#墩下部桥墩采用薄壁空心墩，在空心薄壁墩的施工过程中，为了保证施工质量和工人的安全，设计爬架辅助翻模施工，参考《路桥施工计算手册》及相关规范对现对爬架进行应力、挠度、稳定的验算，以确保施工安全。

爬架施工过程中主要包括的荷载有爬架自重、施工人员荷载、临时机具荷载、人行过道木板等主要荷载。

爬架自重：96kN，考虑安全系数1.2，则验算取值为115kN；

人行荷载：安全系数1.2，荷载值为9kN；

临时荷载：安全系数1.3，荷载值为14kN；

人行过道荷载：安全系数1.2，荷载值为1kN。

3.2.1 钢管支架验算

①材料、截面特性。

材料选用直径48mm壁厚3.5钢管，Q235钢管容许应力为205MPa×80%=164MPa，80%为旧管疲劳折减系数，经查表得截面特性如下：

②荷载计算。

钢管排架设计钢管直径45mm、壁厚3.5mm，高2m，取最大压力为3.02kN，视为两端铰接杆，其柔度λ=μl/r=1×200/2.1=95。11查表可得φ=0.625，则钢管排架单根钢管桩的稳定强度为：

σ=N/（φA）=3.02×1000/（0.625×489.3）=10MPa<205MPa×0.8=164MPa

根据以上计算可知，钢管立杆的稳定性符合要求，安全系数164/10=16.4。

3.2.2 I36b工字钢验算

横桥向的长度为9.6m，桥墩底部布置2根36b工字钢，荷载72kN。

①材料、截面特性。

材料选用I36b，经查表得截面特性如图6。

②荷载计算。

应用Midas civil建立梁单元模型，对横桥向的36b工字钢进行力学分析，得出最终的验算结果，确保符合设计要求。模型以及加载图如图7-图11所示。

经过计算，横桥向36b工字钢各项指标均能满足要求。

3.2.3 碳素钢棒验算 45号碳素钢棒直径为80mm，插在墩身预埋孔内，碳素钢棒两端设限位装置（螺母），使其与墩身锁定。顺桥、横桥向钢棒长1m，分配的荷载为122kN。

①材料、截面特性。

②荷载计算。

应用Midas civil建立梁单元模型，对顺桥向的22b工字钢进行力学分析，得出最终的验算结果，确保符合设计要求。模型以及加载图如图13-图18所示。

经过计算，碳素钢棒各项指标均能满足要求。

3.2.4 钢棒处外侧混凝土压应力验算

薄壁墩空心段横桥向混凝土壁厚为0.6m。由碳素钢棒验算中可知最大竖向反P=34.9kN。经查C40砼最大允许应力为

3.2.5 其余过载梁I22b工字钢及顺桥向I22b工字钢计算参照I36b工字钢验算

4 结语

高墩柱外爬架工艺是在综合滑膜、翻模、爬模工艺优缺点的基础上研制的，该施工工艺与传统翻模法工艺相比由于工作面处于全封闭状态，因此安全性得到了极大的提高。在提升过程中，处理拉杆孔只需在工作平台上即可处理，无需再采用塔吊和吊篮处理，墩柱养护极为方便。由于该外爬架由型鋼和钢管组成，因此材料可以多次周转使用，相对而言经济性方面有很大优势。本工艺在云湛高速阳化段40米以上的墩柱施工中得到推广使用，效果很好。

参考文献：

[1]GB50017，钢结构设计规范[S].

[2]JGJ 130-2001，建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范[S].

[3]陈加才.工具式组装外爬架施工技术在嘉丽广场的应用[J]. 山西建筑，2017（05）.